PDF《数据通信》

数据通信 信号编码技术 殷亚凤 yafeng@nju.

edu.cn http://cs.nju.edu.cn/yafeng/ Room 301, Building of CS Signal Encoding Techniques 1. 数字数据,数字信号 ? 数字基带传输 2. 数字数据,模拟信号 ? 数/模转换 3. 模拟数据,数字信号 ? 模/数转换 4. 模拟数据,模拟信号 ? 调制,复用 模拟数据数字化 ? 数字化(digitization)把模拟数据转变成数字信 号的过程: ? 直接使用NRZ-L编码技术传输:模拟数据→数字信号 ? 通过转换使用非NRZ-L编码传输:模拟数据→数字信号 ? 模拟数据转化为数字数据,再转换为模拟信号 ? 编解码器(codec) A/D转换 ? 脉码调制 pulse code modulation, ? 增量调制 delta modulation 模拟数据数字化 ?

3 steps:Sampling, Quantitating, encoding 脉码调制 Pulse Code Modulation (PCM) ? 采样定理: ? If a signal is sampled at regular intervals at a rate higher than twice the highest signal frequency, the samples contain all information in original signal ? 例如 4000Hz 音频数据要求

8000 采样/秒 脉码调制 Pulse Code Modulation (PCM) ? 采样定理: ? If a signal is sampled at regular intervals at a rate higher than twice the highest signal frequency, the samples contain all information in original signal ? 例如 4000Hz 音频数据要求

8000 采样/秒?对模拟信号进行采样 ? 脉幅调制 Pulse Amplitude Modulation (PAM) ? 为每个模拟样本赋予一个二进制码 脉幅脉冲 脉码脉冲 脉码调制举例 量化(近似) 编码 设模拟抽样信号的取值范围在-a和a之间,量化电平数为M,则在均匀量化 时的量化间隔为 且量化区间的端点为 若量化输出电平qi取为量化间隔的中点,则 显然,量化输出电平和量化前信号的抽样值一般不同,即量化输出电平有 误差.这个误差常称为量化噪声,并用信号功率与量化噪声之比衡量其对 信号影响的大小. PCM 量化噪声 设一个均匀量化器的量化电平数为M,其输入信号抽样值在区间[-a, a]内具有均 匀的概率密度.试求该量化器的平均信号量噪比. i = 0, 1, …, M PCM Quantization Noise 设一个均匀量化器的量化电平数为M,其输入信号抽样值在区间[-a, a]内具有均 匀的概率密度.试求该量化器的平均信号量噪比. 令mk为模拟信号的抽样值;

mq为量化信号值;

f(mk)为信号抽样值mk的概率密度 因为 所以 量化噪声PCM Quantization Noise 设一个均匀量化器的量化电平数为M,其输入信号抽样值在区间[-a, a]内具有均 匀的概率密度.试求该量化器的平均信号量噪比. 另外,由于此信号具有均匀的概率密度,故信号功率等于 所以,平均信号量噪比为 或写成 由上式可以看出,量化器的平均输出信号量噪比随量化电平数M的 增大而提高. dB 典型的压扩函数 问题:等间距量化导致无论信号电平是多少,每个样本的绝对误差都相等.结 果振幅较低的地方失真较严重. 非线性编码 A?law Compander is primarily used by Europe and the rest of the world 实际压扩函数 A?law and u?law are audio compression schemes (codecs) defined by Consultative Committee for International Telephony And Telegraphy (CCITT) G.711 which compress 16?bit linear PCM data down to eight bits of logarithmic data. u?law Compander is used by North America and Japan 增量调制Delta Modulation (DM) ? 输入的模拟信号用一个阶梯函数来近似 ? 在每个采样周期上升或下降一个步长值 ? DM通过近似一个模拟信号的导数,而不是振幅值, 产生一个数据流 ? DM具有二进制行为,即在每个采样时刻,函数上升或 下降一个恒定的步长值δ ? 输出可以用一个样本对应一个二进制值表示 ?